岩石的切削强度特性及岩体力学参数的旋切触探试验研究

发布时间：2018-07-12 12:46

  本文选题：切削特性 + 旋切触探　； 参考：《西安理工大学》2016年博士论文

【摘要】：在岩土工程中,如何快速准确地获取岩体力学参数,作为岩土工程学科的核心研究课题,始终是科研人员多年不懈为之努力的研究重点。旋切触探技术正是基于这一研究目标而进行的尝试,试图为岩体力学参数的现场快速获取带来新的理念与方法。基于新型旋切触探技术,开展了旋切触探试验运行参数(钻进速度和旋转速度)和响应参数(钻压和扭矩)与岩石基本力学参数之间的理论关系推导;对自主研发的角片钻头、机械工程用于钻削的麻花钻头和岩上工程用于取样的空心钻头共三种代表性钻头,进行了多种运行参数组合情况下,不同材料构成和不同强度性质的试样的旋切触探试验,和对应试样的室内力学参数试验;研究了岩石的切削强度特性相关规律,及其与旋切触探试验参数之间存在的关系;结合新的岩体分级专家系统和岩石力学参数预测的神经网络模型,集成了现场旋切触探仪器的核心控制系统;从室内旋切触探仪器技术参数出发,进行技术推敲和仪器设计,开发现场旋切触探仪器,完成了现场XCY-1型旋切触探仪器的研制,并首次进入工程现场进行了测试。主要内容与创新点:(1)深入剖析岩石压入破碎和切削破碎作用过程,揭示了岩石力学参数和旋切触探试验运行参数、响应参数之间的关系,从力学平衡和能量转化两个角度出发,获得了基于旋切触探试验的岩石基本力学参数弹性模量、抗压强度、粘聚力和内摩擦角的理论公式,并对理论推导结果进行了试验验证,结果表明了理论成果的可靠性。(2)结合旋切触探试验成果和相关资料,定义了旋切破碎带的概念,提出了抗切削强度指标和抗切削强度的定义。建立了钻压和扭矩的演化模型,从旋切触探试验运行参数对试验响应参数的影响规律入手,得到了给进力与切削力的比值和切削厚度之间的关系,以及岩石的切削强度特性和旋切触探试验运行参数之间的关系,钻进速度的提高使得抗切削强度指标下降,旋转速度的提高使得抗切削强度指标增大。旋切触探试验运行参数与岩石的抗切削强度无关,在相同钻头形式情况下,岩石的机械性质所表现出来的抗切削强度只与岩石的力学性质有关。(3)基于旋切触探试验钻头切削差异和试样强度差异研究成果,获得了给进力与切削力的比值和岩石基本力学参数之间的内在关系,以及钻头差异和试样差异引起的旋切触探试验响应规律。随着试样材料强度的提高,角片钻头和麻花钻头的抗切削强度指标值较为接近,抗切削强度值也有一样的关系,且均小于空心钻头,但是对于二者的抗切削强度特性试验拟合规律而言,角片钻头和空心钻头的的变化规律相似,有别于麻花钻头。(4)详细分析岩体分级思路和分级方法,结合旋切触探技术在现场快速获取岩石力学参数的技术目标,基于定量因素评分法和定性因素描述法相结合的思路,首次提出基于旋切触探技术的新的岩体分级定性和定量综合评价标准。(5)建立基于旋切触探技术的岩体分级专家系统推理规则库和分级依据,并结合心理因素对结果进行修正;基于BP模型、GRNN模型和RBF模型三种神经网络结构对比分析,编写神经网络预测岩石基本力学参数的模型;开发基于旋切触探技术的快速智能集成系统,实现在工程现场快速可靠地获取岩体力学参数和岩体质量级别的智能计算方法。进入三河口水利枢纽工程现场进行测试,开展旋切触探技术在工程现场的测试应用工作,验证了现场旋切触探技术具有良好的工程应用前景。
[Abstract]:In the geotechnical engineering , how to quickly and accurately acquire the mechanical parameters of rock masses , as the core research subject of geotechnical engineering , has been the focus of the research in the field rapid acquisition of rock mechanics parameters . ( 3 ) Based on the research results of the cutting difference and the sample strength difference between the drill bit and the drill bit , the paper obtains the internal relations between the ratio of the feed force and the cutting force and the basic mechanical parameters of the rock .
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
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本文编号：2117205